专利名称：用于识别回转轴的受损轴承的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于识别回转轴的受损轴承的方法和设备。
背景技术：
对于马达、特别是电动马达，必须经常监测马达的回转马达轴的轴承的轴承损坏。
图1中示出了用于识别马达的回转马达轴的受损轴承的商业通用的方法和商业通用的设备。根据图1的马达具有两侧A和B，它们在图1中标识为A和B。马达包括马达轴1和壳体2，马达轴1由两个轴承4a和4b支承。例如滚柱轴承可以用作轴承4a和4b。为测量位置，即马达轴相对于零点的角位置，和/或为测量马达轴的转数，马达具有位置传感器3，它在此例子中为旋转变压器的形式。位置传感器3输出马达轴的位置φ，以用于在马达控制和/或调整设备上控制和/或调整马达。当然，马达还包括其它元件，然而这些其它元件对理解本发明无关，因此在图1中并未示出。
在识别马达的回转马达轴的受损轴承的商业通用方法中，在马达上安装测量马达振动的振动传感器11。振动传感器11将振动信号S传递到外部估值单元13，估值单元13不是控制和/或调节设备的组成部分。在估值单元13内，在振动信号S上设置一条包络线，对该包络线进行傅立叶变换，并确定包络线的幅频响应(Betragsfrequenzgang)。当幅频响应超过阈值时则识别出轴承损坏且产生警报信号AL。在此，优选地只有在长时间超过阈值时才产生警报信号AL，以避免假警报。
用于识别受损轴承的商业通用的方法和商业通用的设备具有若干缺点。因此，一方面必须提供振动传感器且另一方面需要作为分立器件的商业通用的外部估值单元13，估值单元13不是现有的用于控制和/或调节马达的控制和/或调节设备的组成部分。所述的缺点使得上述的用于识别受损轴承的商业通用的方法和商业通用的设备是昂贵的和高成本的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于给出用于识别回转轴的受损轴承的设备和方法，在该设备和方法中为识别轴的受损轴承不需要振动传感器。
这一技术问题将通过一种用于识别回转轴的受损轴承的方法解决，其中，-确定轴的转速，-确定转速的交流分量，-确定转速的交流分量的包络线，-将包络线变换到频域并确定包络线的幅频响应，-监测幅频响应超过阈值的情况并当超过阈值时识别出受损轴承，这一技术问题还通过用于识别回转轴的受损轴承的设备解决，其中，该设备具有-用于确定轴的转速的装置，-用于确定转速的交流分量的装置，-用于确定转速的交流分量的包络线的装置，-用于将包络线变换到频域内并确定包络线的幅频响应的装置，-用于监测幅频响应超过阈值的情况的装置，其中当超过阈值时识别出受损轴承。
本发明的第一种有利构造的特征在于，轴构造为马达的马达轴。特别地是经常发生轴承损坏的马达轴。
还被证明为有利的是在轴承通过频率(Lagerdurchgangsfrequenzen)所在的范围内监测超过阈值的情况，因为在受损轴承的情况下，包络线的幅频响应在轴承通过频率所在的范围内特别显著地升高。
还被证明为有利的是在马达上的存储器内存储轴承的轴承通过频率。由此将显著地简化马达的运行，因为马达可以直接为例如用于调节和/或控制马达的调节和/或控制装置提供轴承通过频率。
进一步被证明为有利的是通过将由位置传感器测得的轴的位置对时间微分来确定轴的转速。这样就商业通用地由轴的位置确定轴的转速。
还被证明为有利的是通过对交流分量进行整流并对经整流的交流分量进行低通滤波来确定转速的交流分量的包络线。由此以特别简单的方式实现对包络线的确定。
特别有利的是将根据本发明的设备构造为用于调节和/或控制马达的控制和/或调节设备，因为总归要存在这样的控制和/或调节设备以用于调节和/或控制马达。因此可以取消根据现有技术的用于识别轴承损坏的附加外部估值单元。
还有利的是提供用于根据本发明的设备的计算机程序产品，例如具有软盘、硬盘、光盘、闪存卡形式的或具有其它的存储介质形式的计算机程序产品，该产品包括可以用其执行根据本发明的方法的代码段。
根据本发明的设备的有利构造类似于根据本发明的方法的有利构造地给出，反之亦然。
本发明的实施例在附图中示出且在下文详细地解释，在附图中图1是根据现有技术的用于识别马达的回转马达轴的受损轴承的方法和设备，图2是根据本发明的用于识别马达的回转马达轴的受损轴承的设备和方法，图3是包络线，和图4是包络线的幅频响应。
具体实施例方式
图2中以实施例的形式示出了根据本发明的方法和根据本发明的设备。在图2中示出的马达的基本结构对应于如上在图1中示出的马达。因此，在图2中相同的元件被赋予与图1中相同的附图标记。相对于根据图1的马达的基本区别在于，根据图2的马达不具有根据图1的振动传感器11。根据本发明，为识别B侧轴承4b和/或A侧轴承4a的轴承损坏，使用了传感器3的位置信号，该位置信号给出了马达轴的位置φ。当然，马达还包括其它元件，但这些其它元件因与本发明的理解无关，故在图2中未示出。
位置φ由位置传感器3测得且作为输入量提供给微分器12。微分器12将位置φ对时间微分且倍乘以因数1/2π，以将转数形式的马达轴转速n作为微分器12的输出量输出。可选的是，转速例如也可以具有旋转角速度的形式。
转速n由转速直流分量nDC和转速交流分量nAC组成。在马达轴的轴承(例如滚珠轴承或滚柱轴承)内的损坏影响马达轴的旋转均匀性。由受损轴承产生的振动叠加到转速n的转速直流分量nDC上且产生在转速n内的永久交流分量nAC。
因此，随后通过高通滤波器5对转速n进行高通滤波，并由此将转速n的交流分量nAC确定为高通滤波器5的输出量。
为确定转速n的交流分量nAC的包络线h，通过整流单元6将交流分量nAC整流。在整流单元6内的整流例如可以通过抑制交流分量nAC的负的信号分量实现(单向整流)，或可以通过计算转速的交流分量nAC的模值实现。然后借助低通滤波器7对转速n的经过整流的交流分量nAC进行低通滤波，并由此将包络线h确定为低通滤波器7的输出量。
在图3中作为例子地示出了包络线h，它由转速n的交流分量nAC给出。低通滤波器7的截止频率因此优选地选择为使得抑制了交流分量nAC的更高频的信号分量。
包络线h作为傅立叶变换单元8的输入量被引入。傅立叶变换单元8通过傅立叶变换将包络线h变换到频域内且确定包络线h的幅频响应B。幅频响应B是包络线h的傅立叶变换的幅值在频率f上的变化。包络线h的幅频响应B作为输出量从傅立叶变换器8输出且作为输入量引入到阈值警报器9，如果幅频响应B超过阈值(例如G1)，则阈值警报器9识别出受损轴承且生成警报信号AL。在此，优选只有在长时间超过该阈值时才产生警报信号AL，以避免假警报。
在图3中示意性地示出了包络线h的幅频响应B对于频率f的典型曲线。特别地，在所谓的轴承通过频率例如在轴承通过频率f1、f2、f3和f4处，在轴承损坏情况中幅频响应将明显地上升。阈值警报器9因此可以构造为仅监测唯一的阈值或监测多个阈值。所以，可以例如仅对超过阈值G1的情况进行监测，或也对超过阈值G1、G2、G3和/或G4的情况进行监测。单个轴承因此具有多个轴承通过频率，其中在许多情况中监测单个轴承通过频率已足以识别轴承损坏。如果轴承通过频率f1和f2是轴承4a的轴承通过频率，且轴承通过频率f3和f4是轴承4b的轴承通过频率，且例如监测所有四个轴承通过频率超过各自所对应的阈值G1、G2、G3和/或G4的情况，则识别出轴承4a内的损坏和轴承4b内的损坏。
轴承通过频率针对每个轴承类型是特定的且除其它之外取决于滚柱体个数和轴承几何形状。轴承通过频率通常由轴承制造商作为转数的倍数给出。可选的是，它们也可以通过例如由轴承制造商提供的特定程序计算出。
当转速传感器作为位置传感器3的替代安装到马达上时，转速传感器将转速作为输出量直接输出，所以可以取消微分器12。转速传感器的输出信号将直接作为高通滤波器5的输入量提供。
轴承的轴承通过频率f1、f2、f3和f4可以特别地有利地例如作为转数的倍数在马达上的存储器10(见图2)内存储。以此保证在存储器10上存取的用于调节和/或控制马达的控制和/或调节设备可直接从马达中取出轴承通过频率。
特别有利的是根据本发明的设备构造为用于控制和/或调节马达的控制和/或调节设备，因为总归要存在这样的控制和/或调节设备以用于调节和/或控制马达。因此可以取消根据现有技术的如图1所示的用于识别轴承损坏的附加的外部估值单元13。
此外，在此情况中应明确地注意到根据本发明的方法和根据本发明的设备当然不仅适用于识别马达轴的受损轴承，而且也完全普遍地适用于识别其它回转轴的受损轴承，例如发电机的轴。
权利要求
1.一种用于识别马达的回转马达轴(1)的受损轴承(4a、4b)的方法，其中，-确定马达轴(1)的转速(n)，-确定转速(n)的交流部分(nAC)，-确定转速(n)的交流部分(nAC)的包络线(h)，-将包络线(h)变换到频域内并确定包络线(h)的幅频响应(B)，-监测幅频响应(B)超过阈值(G1、G2、G3、G4)的情况并当超过阈值(G1、G2、G3、G4)时识别出受损轴承(4a、4b)，-通过对交流部分(nAC)进行整流并对经过整流的交流部分(nAC)进行低通滤波来确定转速(n)的交流部分(nAC)的包络线(h)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在轴承通过频率(f1、f2、f3、f4)所在的范围内监测超过阈值(G1、G2、G3、G4)的情况。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在马达上的存储器(10)内存储轴承(4a、4b)的轴承通过频率(f1、f2、f3、f4)。
4.根据前述权利要求的一项要求所述的方法，其特征在于通过将由位置传感器(3)测得的轴(1)的位置(φ)对时间微分来确定轴(1)的转速(n)。
5.一种用于识别马达的回转马达轴(1)的受损轴承(4a、4b)的设备，其中该设备构造为用于控制和/或调节马达的控制和/或调节设备，并且该设备具有-用于确定马达轴(1)的转速(n)的装置，-用于确定转速(n)的交流部分(nAC)的装置，-用于确定转速(n)的交流部分(nAC)的包络线(h)的装置，-用于将包络线(h)变换到频域内且确定包络线(h)的幅频响应(B)的装置，-用于监测幅频响应(B)超过阈值(G1、G2、G3、G4)的情况的装置，其中当超过阈值(G1、G2、G3、G4)时识别出受损轴承(4a、4b)。
6.用于一种设备的计算机程序产品，该计算机程序产品包括可以用其执行根据权利要求1至4任一项所述的方法的代码段。
全文摘要
本发明涉及用于识别回转轴(1)的受损轴承(4a、4b)的方法和设备，其中，确定轴(1)的转速(n)，确定转速(n)的交流部分(nAC)，确定转速(n)的交流部分(nAC)的包络线(h)，将该包络线(h)变换到频域内且确定包络线(h)的幅频响应(B)，监测该幅频响应(B)超过阈值(G1、G2、G3、G4)的情况且当超过阈值(G1、G2、G3、G4)时识别出受损轴承(4a、4b)。本发明因此给出了用于识别马达的回转轴(1)的受损轴承(4a、4b)的方法和设备，在该方法和设备中不需要用振动传感器(11)来识别所述的轴(1)的受损轴承(4a、4b)。
文档编号G01M13/04GK101080623SQ200580043214
公开日2007年11月28日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月19日
发明者卡尔-海因茨·菲尔布里 申请人:西门子公司